TW201515467A - 固體攝像元件及其驅動方法、及電子機器 - Google Patents

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Abstract

本技術係關於一種不論晶片位置均可使相位差像素之特性固定之固體攝像元件及其驅動方法、及電子機器。 於像素陣列部行列狀地配置有正常像素及相位差像素，該正常像素具有接收入射光而進行光電轉換之光電二極體(PD)，並獲得色成分信號，該相位差像素具有受光面為與像高對應之尺寸之一對光電二極體(PD1)及光電二極體(PD2)，並獲得相位差檢測用信號，一對光電二極體(PD1)及光電二極體(PD2)分別具有作為電荷儲存之主要部分之第1區域、及進行光電轉換且有助於向主要部分傳輸電荷之第2區域。本技術例如可應用於CMOS影像感測器。

Description

固體攝像元件及其驅動方法、及電子機器
本技術係關於一種固體攝像元件及其驅動方法、及電子機器，尤其是關於一種不論晶片位置均可使相位差像素之特性固定之固體攝像元件及其驅動方法、及電子機器。
先前，CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補金屬氧化物半導體)影像感測器等固體攝像元件係廣泛用於攝像裝置。此種攝像裝置中，具備使對焦自動化之AF(Autofocus，自動對焦)功能，但近年來對被攝體之AF精度和AF速度之要求越來越高。
例如，於數位單眼反光相機中，一般係以追加之形式嵌入AF模組，但會導致殼體尺寸及安裝成本之增大。因此，於無反光鏡可換鏡頭相機或小型數位靜態相機中，有不另外嵌入AF模組而藉由對比度AF實現AF功能之機種，但就現狀而言可謂AF速度並不充分。
因此，藉由於固體攝像元件之內部嵌入相位差像素，利用像面相位差AF實現AF功能，而使提昇AF速度之數位相機實用化。一般，於像面相位差方式中，係使相位差像素A與相位差像素B成對而實現AF功能。作為提昇AF精度之方法，較為有效的是增加嵌入至固體攝像元件之相位差像素之個數。先前，係藉由將相位差像素A、B設為與攝像用之正常像素相同之尺寸，例如改變金屬遮光而實現。
又，於專利文獻1中，揭示有一種技術，藉由於1像素內搭載相位差像素A、B，增加AF用之像素數，而提高AF精度。進而，於專利 文獻2中揭示有一種關於背面照射型相位差像素之技術。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特開2012-165070號公報
[專利文獻2]日本專利特開2012-84816號公報
於專利文獻1中，揭示有一種PD(photodiode，光電二極體)分割方式之像面相位差AF。其係於1像素內搭載相位差像素A、B之方式，且將聚光點S設定於相位差像素A與相位差像素B之交界。
例如，於可更換鏡頭式數位相機之情形時，根據可更換鏡頭之F值，聚光點位置發生變化。又，即便不更換鏡頭，若進行廣角、望遠及變焦，則F值亦會發生變化，伴隨於此聚光點位置發生變化。一般於PD分割方式之像面相位差AF中，於視角中心部(晶片之中心部)，所有鏡頭之聚光點S均未發生變化，因此若使相位差像素A與相位差像素B之大小相同，則可將聚光點S設定於相位差像素A與相位差像素B之交界。於圖1中，示出於像素之中心設定聚光點S之例。
另一方面，於視角周邊部(晶片之周邊部)，若對微鏡頭進行光瞳修正，則即便可於某一鏡頭將聚光點S設定於像素之中心，若使用F值不同之鏡頭，則聚光點S亦可能會偏離像素之中心。於此情形時，為了將聚光點S設定於相位差像素A與相位差像素B之交界，必須改變相位差像素A與相位差像素B之受光面之尺寸。由於聚光點位置根據像高而不同，故必須根據固體攝像元件中之各像素之配置位置，改變其像素內之相位差像素A、B之大小之比率。於圖2中，示出使相位差像素A之尺寸小於相位差像素B之尺寸之情況為一例。如此藉由改變相位差像素A、B之比率，可將聚光點S設定於相位差像素A與相位差像 素B之交界。
然而，如圖2所示，若改變相位差像素A、B之大小之比率，則相位差像素A之電荷儲存區域會小於相位差像素B之電荷儲存區域，從而相位差像素A之飽和信號量降低。又，相位差像素A、B之尺寸即便如與聚光點S之位置對應亦會發生變化，因此不易完全地傳輸其所有相位差像素A、B之電荷。
再者，於專利文獻2中，揭示有一種關於背面照射型相位差像素之技術，其並未採用PD分割方式。
本技術係鑒於此種情況而成者，其係不論視角中心部或視角周邊部等之晶片位置，均可使相位差像素之特性固定者。
本技術之一方面之固體攝像元件包括像素陣列部，於該像素陣列部行列狀配置有：第1像素，其具有接收入射光而進行光電轉換之光電轉換部，並獲得色成分信號；及第2像素，其具有受光面為與像高對應之尺寸之一對第1光電轉換部及第2光電轉換部，並獲得相位差檢測用信號；且一對上述第1光電轉換部及上述第2光電轉換部分別具有作為電荷儲存之主要部分之第1區域、及進行光電轉換且有助於向上述主要部分傳輸電荷之第2區域。
於一對上述第1光電轉換部及上述第2光電轉換部中，作為光之入射側之上述第2區域係與光瞳修正對應之尺寸，作為光之入射側之相反側之上述第1區域為相同尺寸。
上述第1區域中之雜質濃度高於上述第2區域中之雜質濃度。
上述第2區域大於上述第1區域。
上述固體攝像元件進而包括：第1傳輸電晶體，其傳輸儲存於上述第1光電轉換部之電荷；及第2傳輸電晶體，其傳輸儲存於上述第2光電轉換部之電荷；且於一對上述第1光電轉換部及上述第2光電轉換 部中，上述第1傳輸電晶體附近之區域及上述第2傳輸電晶體附近之區域的雜質濃度高於其他區域之雜質濃度。
上述第1傳輸電晶體係配置於距上述第1光電轉換部之受光面之中心最近之位置的附近，上述第2傳輸電晶體係配置於距上述第2光電轉換部之受光面之中心最近之位置的附近。
上述固體攝像元件進而包括：第1浮動擴散區域，其保持由上述第1傳輸電晶體自上述第1光電轉換部傳輸之電荷，以使其作為信號被讀出；及第2浮動擴散區域，其保持由上述第2傳輸電晶體自上述第2光電轉換部傳輸之電荷，以使其作為信號被讀出。
同時進行上述第1光電轉換部及上述第2光電轉換部中之曝光及傳輸。
一對上述第1光電轉換部及上述第2光電轉換部之分離部連續地變化。
一對上述第1光電轉換部及上述第2光電轉換部係藉由金屬、氧化膜或雜質而被分離。
於本技術之一方面之固體攝像元件中，於像素陣列部行列狀地配置有：第1像素，其具有接收入射光而進行光電轉換之光電轉換部，並獲得色成分信號；及第2像素，其具有受光面為與像高對應之尺寸之一對第1光電轉換部及第2光電轉換部，並獲得相位差檢測用信號；且於一對第1光電轉換部及第2光電轉換部設有作為電荷儲存之主要部分之第1區域、及進行光電轉換且有助於向主要部分傳輸電荷之第2區域。
本技術之一方面之驅動方法係固體攝像元件之驅動方法，該固體攝像元件包括像素陣列部，於該像素陣列部行列狀配置有：第1像素，其具有接收入射光而進行光電轉換之光電轉換部，並獲得色成分信號；及第2像素，其具有受光面為與像高對應之尺寸之一對第1光電 轉換部及第2光電轉換部，並獲得相位差檢測用信號；且一對上述第1光電轉換部及上述第2光電轉換部分別具有作為電荷儲存之主要部分之第1區域、及進行光電轉換且有助於向上述主要部分傳輸電荷之第2區域；上述驅動方法包含如下步驟：像素驅動部個別地驅動一對上述第1光電轉換部及上述第2光電轉換部，同時進行上述第1光電轉換部及上述第2光電轉換部中之曝光及傳輸。
於本技術之一方面之驅動方法中，受光面為與像高對應之尺寸之一對第1光電轉換部及第2光電轉換部被個別地驅動，而同時進行第1光電轉換部及第2光電轉換部中之曝光及傳輸。
本技術之一方面之電子機器搭載固體攝像元件，該固體攝像元件包括像素陣列部，於該像素陣列部行列狀配置有：第1像素，其具有接收入射光而進行光電轉換之光電轉換部，並獲得色成分信號；及第2像素，其具有受光面為與像高對應之尺寸之一對第1光電轉換部及第2光電轉換部，並獲得相位差檢測用信號；且一對上述第1光電轉換部及上述第2光電轉換部分別具有作為電荷儲存之主要部分之第1區域、及進行光電轉換且有助於向上述主要部分傳輸電荷之第2區域；上述電子機器包括控制部，該控制部使用自上述固體攝像元件輸出之上述相位差檢測用信號，控制像面相位差AF(Autofocus)。
於本技術之一方面之電子機器中，係使用自固體攝像元件輸出之相位差檢測用信號，控制像面相位差AF。
根據本技術之一方面，不論晶片位置均可使相位差像素之特性固定。
100‧‧‧CMOS影像感測器
111‧‧‧像素陣列部
112‧‧‧垂直驅動部
113‧‧‧行處理部
114‧‧‧水平驅動部
115‧‧‧系統控制部
116‧‧‧像素驅動線
117‧‧‧垂直信號線
118‧‧‧信號處理部
119‧‧‧資料儲存部
120‧‧‧正常像素
121、121A、121B‧‧‧相位差像素
151、152‧‧‧元件分離部
300‧‧‧攝像裝置
301‧‧‧光學部
302‧‧‧固體攝像元件
303‧‧‧DSP電路
304‧‧‧圖框記憶體
305‧‧‧顯示部
306‧‧‧記錄部
307‧‧‧操作部
308‧‧‧電源部
309‧‧‧控制部
310‧‧‧匯流排線
AMP、AMP1、AMP2‧‧‧放大電晶體
FD‧‧‧浮動擴散區域
FDG、FDG1、FDG2‧‧‧電容切換電晶體
Gb‧‧‧像素
Gr‧‧‧像素
OFG‧‧‧溢位控制電晶體
PD、PD1、PD2‧‧‧光電二極體
R‧‧‧像素
R1‧‧‧第1區域
R2‧‧‧第2區域
RST、RST1、RST2‧‧‧復位電晶體
S‧‧‧聚光點
SEL、SEL1、SEL2‧‧‧選擇電晶體
TR、TR1、TR2‧‧‧傳輸電晶體
圖1係說明PD分割方式之圖。
圖2係說明PD分割方式之圖。
圖3係表示應用本技術之固體攝像元件之一實施形態之構成的方塊圖。
圖4係表示像素陣列部中之相位差像素之配置例之圖。
圖5係表示視角中心部中之單位像素之構成之俯視圖。
圖6係表示視角周邊部中之單位像素之構成之俯視圖。
圖7係表示採用第1光瞳修正方式之情形時之視角中心部中之單位像素之構成的剖面圖。
圖8係表示採用第1光瞳修正方式之情形時之視角周邊部中之單位像素之構成的剖面圖。
圖9係表示採用第2光瞳修正方式之情形時之視角中心部中之單位像素之構成的俯視圖。
圖10係表示採用第2光瞳修正方式之情形時之視角周邊部中之單位像素之構成的俯視圖。
圖11係表示應用本技術之電子機器之一實施形態之構成的方塊圖。
以下，一面參照圖式一面對本技術之實施形態進行說明。
<固體攝像元件之構成例>
圖3係表示應用本技術之固體攝像元件之一實施形態之構成的方塊圖。
CMOS影像感測器100為固體攝像元件之一例。如圖3所示，CMOS影像感測器100係具有像素陣列部111及周邊電路部之構成。該周邊電路部包括垂直驅動部112、行處理部113、水平驅動部114及系統控制部115。
CMOS影像感測器100進而包括信號處理部118及資料儲存部119。信號處理部118及資料儲存部119可與CMOS影像感測器100搭載 於同一半導體基板上，亦可藉由設於與CMOS影像感測器100不同之半導體基板之外部信號處理部，例如DSP(Digital Signal Processor，數位信號處理器)或軟體而進行處理。
於像素陣列部111行列狀地二維配置具有光電轉換部之單位像素(以下，有時亦簡稱為「像素」)。再者，下文對單位像素之具體構成進行敍述。於像素陣列部111，進而針對行列狀之像素排列，每列沿圖之左右方向形成像素驅動線116，每行沿圖之上下方向形成垂直信號線117。像素驅動線116之一端係與垂直驅動部112之各列相對應之輸出端連接。
垂直驅動部112係包括移位暫存器及位址解碼器等，且全部像素同時或以列為單位等而驅動像素陣列部111之各像素之像素驅動部。自藉由垂直驅動部112所選擇掃描之像素列之各單位像素輸出之信號係通過垂直信號線117之各者而供給至行處理部113。行處理部113係於像素陣列部111之每一像素行，對通過垂直信號線117自選擇列之各單位像素輸出之信號進行特定之信號處理，並且暫時保持信號處理後之像素信號。
具體而言，作為信號處理，行處理部113至少進行雜訊消除處理，例如CDS(Correlated Double Sampling，相關雙重取樣)處理。藉由利用該行處理部113進行之CDS處理，復位雜訊或放大電晶體之閾值偏差等像素固有之固定模式雜訊得以消除。除雜訊消除處理以外，例如亦可使行處理部113具有A/D(Analog/Digital，類比/數位)轉換功能，而以數位信號之形式輸出信號位準。
水平驅動部114包括移位暫存器及位址解碼器等，並依序選擇與行處理部113之像素行對應之單元電路。藉由利用該水平驅動部114進行之選擇掃描，依序輸出藉由行處理部113進行信號處理後之像素信號。
系統控制部115包括產生各種時序信號之時序產生器等，並基於該時序產生器所產生之各種時序信號，而進行垂直驅動部112、行處理部113、水平驅動部114及資料儲存部119等之驅動控制。
信號處理部118至少具有累加處理功能，對自行處理部113輸出之像素信號進行累加處理等各種信號處理。資料儲存部119係於藉由信號處理部118進行信號處理時，暫時儲存此處理所需之資料。
再者，CMOS影像感測器100為背面照射型影像感測器，其係自該半導體基板之正面側，讀出與因自半導體基板之背面側入射至該半導體基板內之光電轉換部之光而於該光電轉換部所產生之電荷對應的信號。
<單位像素之結構>
其次，參照圖4至圖6，對行列狀地配置於圖3之像素陣列部111之單位像素之具體結構進行說明。該單位像素包含：正常像素120，其係用於將用於形成表示被攝體之影像之圖像信號之色成分信號作為像素信號輸出；及相位差像素121，其係用於將用於像面相位差AF之相位差檢測用信號作為像素信號輸出。
於圖4中，圖示配置於像素陣列部111之單位像素中列狀地配置之相位差像素121。如圖4所示，相位差像素121係於軸上之視角中心部(晶片之中心部)，具有相同尺寸之受光面，但於軸外之視角周邊部(晶片之周邊部)，受光面之尺寸根據像高而不同。例如，於圖4之例之情形時，關於配置於圖中之左方之相位差像素121，相位差像素121A之受光面之尺寸變小，另一方面，關於配置於圖中之右方之相位差像素121，相位差像素121B之受光面之尺寸變小。
圖5及圖6係表示單位像素之構成之俯視圖。圖5係表示視角中心部中之單位像素之構成，圖6係表示視角周邊部中之單位像素之構成。
正常像素120包括作為光電轉換部之光電二極體(PD)及複數個像素電晶體。光電二極體(PD)具有接收入射光而進行光電轉換、且儲存因該光電轉換所產生之信號電荷之區域。例如，光電二極體(PD)為埋入式光電二極體，其係藉由針對形成於N型基板上之P型井層，於基板正面側形成P型層並將N型埋入層埋入而形成。
又，複數個像素電晶體具有傳輸電晶體(TR，transfer transistor)、復位電晶體(RST，reset transistor)、放大電晶體(AMP，amplifier transistor)及選擇電晶體(SEL，selection transistor)此4個電晶體。傳輸電晶體(TR)係用於將儲存於光電二極體(PD)之電荷讀出至浮動擴散(FD：Floating Diffusion)區域之電晶體。復位電晶體(RST)係用於將浮動擴散區域(FD)之電位設定為規定之值之電晶體。放大電晶體(AMP)係用於將讀出至浮動擴散區域(FD)之信號電荷電性放大之電晶體。選擇電晶體(SEL)係用於選擇像素1列而將像素信號讀出至垂直信號線117之電晶體。
電容切換電晶體(FDG)係用於切換浮動擴散區域(FD)中之轉換效率之電晶體。又，溢位控制電晶體(OFG)係用於實現溢位控制之電晶體。
如上所述，正常像素120具有光電二極體(PD)及複數個像素電晶體，將例如紅(R)、綠(G)、藍(B)中之任一種色成分信號作為像素信號輸出。再者，於圖5中，作為正常像素120，圖示Gb像素、Gr像素、R像素，關於B像素，亦具有與其他色成分相對應之像素相同之構成。
相位差像素121係採用PD分割方式，具有如將其一分為二而成之2個光電二極體(PD1、PD2)代替作為光電轉換部之1個光電二極體(PD)。再者，於以下之說明中，將相位差像素121內之一對相位差像素中，包括光電二極體(PD1)及複數個像素電晶體之一像素稱作相位差像素121A，包括光電二極體(PD2)及複數個像素電晶體之另一像素 稱作相位差像素121B。即，相位差像素121係藉由於其像素內形成2個光電二極體(PD1、PD2)，而使相位差像素121A與相位差像素121B成對而構成。
於相位差像素121A中，光電二極體(PD1)具有接收入射光而進行光電轉換、且儲存因該光電轉換所產生之信號電荷之區域。例如，光電二極體(PD1)係與正常像素120之光電二極體(PD)同樣地，形成為埋入式光電二極體。又，複數個像素電晶體係與正常像素120同樣地具有傳輸電晶體(TR1)、復位電晶體(RST1)、放大電晶體(AMP1)及選擇電晶體(SEL1)4個電晶體。
又，於相位差像素121B中，光電二極體(PD2)具有接收入射光而進行光電轉換、且儲存因該光電轉換所產生之信號電荷之區域。例如，光電二極體(PD2)係與正常像素120之光電二極體(PD)同樣地，形成為埋入式光電二極體。又，複數個像素電晶體係與正常像素120同樣地具有傳輸電晶體(TR2)、復位電晶體(RST2)、放大電晶體(AMP2)及選擇電晶體(SEL2)此4個電晶體。
即，於相位差像素121中，由於個別地設置針對光電二極體(PD1)之像素電晶體(TR1、RST1、AMP1、SEL1)、及針對光電二極體(PD2)之像素電晶體(TR2、RST2、AMP2、SEL2)，故可同時進行光電二極體(PD1)及光電二極體(PD2)中之曝光及傳輸。
此處，由於圖5係表示視角中心部中之單位像素之構成，故相位差像素121A中之光電二極體(PD1)與相位差像素121B中之光電二極體(PD2)具有相同尺寸之受光面。另一方面，如圖6所示，視角周邊部中之相位差像素121係與視角中心部中之相位差像素121同樣地，相位差像素121A與相位差像素121B成對而構成，但受光面之尺寸根據像高而發生變化。具體而言，相位差像素121A中之光電二極體(PD1)之受光面之尺寸小於相位差像素121B中之光電二極體(PD2)之受光面之尺 寸。
如前所述，如此，藉由使受光面之尺寸根據像高而變化，聚光點S得以設定於相位差像素121A與相位差像素121B之交界，但伴隨於此，相位差像素121A之電荷儲存區域會小於相位差像素121B之電荷儲存區域，從而相位差像素121A之飽和信號量降低。又，如前所述，由於相位差像素121A與相位差像素121B之尺寸即便如與聚光點S之位置對應亦會發生變化，故不易完全地傳輸其所有相位差像素121A、121B之電荷。
因此，以下，對於使受光面之尺寸根據像高而變化之情形時，用於可抑制相位差像素121A、121B之飽和信號量之降低，且完全地傳輸相位差像素121A、121B之電荷之第1光瞳修正方式及第2光瞳修正方式進行說明。
<第1實施形態>
首先，參照圖7及圖8，對作為第1實施形態之第1光瞳修正方式進行說明。圖7係表示圖5所示之視角中心部中之正常像素120(Gb像素)與相位差像素121之剖面圖，圖8係表示圖6所示之視角周邊部中之正常像素120(Gb像素)與相位差像素121之剖面圖。
如圖7所示，於第1光瞳修正方式中，使相位差像素121A中之光電二極體(PD1)由作為電荷儲存之主要部分之第1區域R1、及進行光電轉換且有助於向該主要部分傳輸電荷之第2區域R2形成。又，關於相位差像素121B中之光電二極體(PD2)，亦同樣地使之由第1區域R1及第2區域R2形成。然而，於各光電二極體(PD1、PD2)中，以濃淡表示雜質濃度，第1區域R1中之雜質濃度高於第2區域R2中之雜質濃度。又，第2區域R2占整個區域之比例大於第1區域R1。
又，關於相位差像素121，由於使受光面之尺寸根據像高而變化，故於視角中心部，無須改變作為光之入射側(背面側)之第2區域 R2之寬度，但於視角周邊部，必須縮小第2區域R2之寬度。即，如圖8所示，於視角周邊部，形成為相位差像素121A中之光電二極體(PD1)之第2區域R2之寬度窄於相位差像素121B中之光電二極體(PD2)之第2區域R2之寬度。另一方面，關於與光之入射側相反之一側(正面側)，於視角周邊部，與視角中心部同樣地，形成為光電二極體(PD1)之第1區域R1之寬度與光電二極體(PD2)之第1區域R1之寬度相同。
即，使擔負各像素之元件分離之元件分離部分開形成為背面側之元件分離部151及正面側之元件分離部152，元件分離部151係於視角中心部與視角周邊部使第2區域R2之寬度變化，另一方面，元件分離部152係於視角中心部與視角周邊部使第1區域R1之寬度相同。藉此，於各相位差像素121中，即便受光面之尺寸根據像高而連續地變化，而背面側之第2區域R2之尺寸發生變化，正面側之第1區域R1之尺寸亦不會變化。其結果為，由於雜質濃度較高之第1區域R1之尺寸不變，故與視角中心部相比，於視角周邊部飽和信號量及傳輸之容易性不會產生較大之差異，從而可使配置於像素陣列部111之各相位差像素121之特性固定。
再者，元件分離部151及元件分離部152例如可藉由金屬、氧化膜或雜質等而形成。
以上，於第1光瞳修正方式中，於圖7之視角中心部，相位差像素121A及相位差像素121B中，第1區域R1及第2區域R2均為相同構成，於圖8之視角周邊部，第2區域R2之構成不同，但藉由使第1區域R1為相同構成，而避免飽和信號量及傳輸之容易性產生較大之差異，從而使配置於像素陣列部111之各相位差像素121之特性固定。
<第2實施形態>
其次，參照圖9及圖10，對作為第2實施形態之第2光瞳修正方式進行說明。圖9係表示圖5所示之視角中心部中之正常像素120(Gb像 素)及相位差像素121之俯視圖，圖10係表示圖6所示之視角周邊部中之正常像素120(Gb像素)及相位差像素121之俯視圖。
如圖9所示，於第2光瞳修正方式中，與第1光瞳修正方式同樣地，使相位差像素121A中之光電二極體(PD1)由作為電荷儲存之主要部分之第1區域R1、及進行光電轉換且有助於向該主要部分之電荷傳輸之第2區域R2形成。又，關於相位差像素121B中之光電二極體(PD2)，亦同樣地使之由第1區域R1及第2區域R2形成。再者，於圖9及圖10中，與圖7及圖8同樣地，以濃淡表示各光電二極體(PD1、PD2)中之雜質濃度。
又，於相位差像素121A中，傳輸電晶體(TR1)係與分割相位差像素121A及相位差像素121B之方向平行，且配置於距光電二極體(PD1)之受光面之中心最近之位置的附近。藉此，傳輸電晶體(TR1)附近之區域之雜質濃度高於其他區域之雜質濃度。同樣地，於相位差像素121B中，傳輸電晶體(TR2)係與分割相位差像素121A及相位差像素121B之方向平行，且配置於距光電二極體(PD2)之受光面之中心最近之位置的附近。藉此，傳輸電晶體(TR2)附近之區域之雜質濃度高於其他區域之雜質濃度。
又，關於相位差像素121，由於使受光面之尺寸根據像高而變化，故無須改變視角中心部之受光面之尺寸，但必須使視角周邊部之受光面之尺寸變化。即，如圖10所示，於視角周邊部，相位差像素121A中之受光面之尺寸小於相位差像素121B中之受光面之尺寸。然而，於視角周邊部，藉由與視角中心部同樣地配置傳輸電晶體(TR1、TR2)，而使該等傳輸電晶體(TR1、TR2)附近之區域之雜質濃度高於其他區域之雜質濃度。
即，於各相位差像素121中，受光面之尺寸根據像高而連續地變化，例如即便相位差像素121A中之受光面之尺寸變小，雜質濃度較 高之第1區域R1依然形成於傳輸電晶體(TR1)附近之區域。其結果為，由於雜質濃度較高之第1區域R1不受尺寸之變化之影響，故與視角中心部相比，於視角周邊部飽和信號量及傳輸之容易性不會產生較大之差異，從而可使配置於像素陣列部111之各相位差像素121之特性固定。
以上，於第2光瞳修正方式中，於圖9之視角中心部及圖10之視角周邊部，雖受光面之尺寸發生變化，但藉由使傳輸電晶體(TR1、TR2)之附近之結構為相同構成，並使傳輸電晶體(TR1、TR2)附近之區域之雜質濃度高於其他區域，而避免飽和信號量及傳輸之容易性產生較大之差異，從而使配置於像素陣列部111之各相位差像素121之特性固定。
如上所述，根據本技術，於配置於像素陣列部111之各相位差像素121中，於使受光面之尺寸根據像高而連續地變化時，使雜質濃度較高之第1區域R1不受其變化之影響，藉此與視角中心部相比，於視角周邊部不會使飽和信號量及傳輸之容易性產生較大之差異，從而可使各相位差像素121之特性固定。即，於各相位差像素121中，由於電荷儲存之主要部分為相同結構，故可同時達成光瞳修正與飽和信號量之降低之抑制，並且同樣地進行電荷傳輸。
又，於相位差像素121中，由於1像素內成對地搭載相位差像素121A及相位差像素121B，故可容易地增加配置於像素陣列部111之相位差像素121之數量，而提昇相位差像素121之特性。又，由於與鏡頭之光瞳修正相對應地，根據像高而使相位差像素121A、121B之尺寸變化，故結果可增加可應對像面相位差AF之可更換鏡頭。
再者，於上述之說明中，對列狀地排列於像素陣列部111之相位差像素121進行說明，但本技術亦可應用於行狀地配置相位差像素121之情況。於此情形時，雖相位差像素121A、121B於視角中心部具有 相同尺寸之受光面，但於視角周邊部受光面之尺寸根據像高而發生變化。具體而言，例如為如下構成：各相位差像素121具有以視角中心部之相位差像素121為中心，使圖4所示之列狀地配置之複數個相位差像素121逆時針方向90度旋轉的狀態之受光面之尺寸。
又，本技術並不限於對固體攝像元件之應用。即，本技術可應用於數位相機等攝像裝置、具有攝像功能之移動終端裝置或將固體攝像元件用於圖像讀取部之影印機等所有將固體攝像元件用於圖像讀入部(光電轉換部)之電子機器。又，固體攝像元件可為形成為單晶片之形態，亦可為匯總地封裝有攝像部、信號處理部或光學系統之具有攝像功能之模組狀之形態。
<應用本技術之電子機器之構成例>
圖11係表示應用本技術之電子機器之一實施形態之構成的方塊圖。
如圖11所示，作為電子機器之攝像裝置300包括：光學部301，其包括鏡頭群等；固體攝像元件302，其採用上述之單位像素120之各構成；及作為相機信號處理電路之DSP(Digital Signal Processor)電路303。又，攝像裝置300亦包括圖框記憶體304、顯示部305、記錄部306、操作部307、電源部308及控制部309。DSP電路303、圖框記憶體304、顯示部305、記錄部306、操作部307、電源部308及控制部309係經由匯流排線310而互相連接。
光學部301係獲取來自被攝體之入射光(像光)而於固體攝像元件302之攝像面上成像。固體攝像元件302係利用像素單元將藉由光學部301成像於攝像面上之入射光之光量轉換為電氣信號，並將用於形成表示被攝體之影像之圖像信號之色成分信號作為像素信號輸出。又，固體攝像元件302係將用於像面相位差AF之相位差檢測用信號作為像素信號輸出。作為該固體攝像元件302，可使用上述之實施形態之 CMOS影像感測器100等固體攝像元件、即、可使配置於像素陣列部111之各相位差像素121之特性固定之固體攝像元件。
顯示部305例如包括液晶面板或有機EL(electro luminescence，電致發光)面板等平板型顯示裝置，顯示藉由固體攝像元件302所拍攝之靜止圖像或動態圖像。記錄部306係將藉由固體攝像元件302所拍攝之靜止圖像或動態圖像之資料記錄於快閃記憶體等記錄媒體。
操作部307根據用戶之操作，對攝像裝置300所具有之各種功能發出操作指令。電源部308係對該等供給對象適當供給作為DSP電路303、圖框記憶體304、顯示部305、記錄部306、操作部307及控制部309之動作電源之各種電源。
控制部309控制攝像裝置300之各部之動作。又，控制部309係藉由進行使用來自固體攝像元件302之相位差檢測用信號之特定之運算而算出散焦量，並根據該散焦量，於聚焦狀態下控制光學部301所包含之攝影鏡頭等之驅動。藉此，進行像面相位差AF，而將焦點對準被攝體。
再者，於上述之實施形態中，舉出應用於將與可見光之光量對應之信號電荷作為物理量而進行感測的行列狀地配置單位像素而成之CMOS影像感測器之情況為例而進行說明。然而，本技術可應用於所有於像素陣列部之每一像素行配置行處理部而成之行方式之固體攝像元件，並不限於對CMOS影像感測器之應用。
又，本技術可應用於所有將紅外線、X射線或粒子等之入射量之分佈拍攝成圖像之固體攝像元件、或廣義之意義上感測壓力或靜電電容等其他物理量之分佈並拍攝成圖像之指紋檢測感測器等固體攝像元件(物理量分佈感測裝置)，並不限於對感測可見光之入射光量之分佈並拍攝成圖像之固體攝像元件之應用。
再者，本技術之實施形態並不限定於上述之實施形態，於不脫 離本技術之主旨之範圍可進行各種變更。
又，本技術可採用如下所述之構成。
(1)
一種固體攝像元件，其包括像素陣列部，於該像素陣列部行列狀地配置有：第1像素，其具有接收入射光而進行光電轉換之光電轉換部，並獲得色成分信號；及第2像素，其具有受光面為與像高對應之尺寸之一對第1光電轉換部及第2光電轉換部，並獲得相位差檢測用信號；且一對上述第1光電轉換部及上述第2光電轉換部分別具有作為電荷儲存之主要部分之第1區域、及進行光電轉換且有助於向上述主要部分傳輸電荷之第2區域。
(2)
如(1)之固體攝像元件，其中於一對上述第1光電轉換部及上述第2光電轉換部中，作為光之入射側之上述第2區域係與光瞳修正對應之尺寸，作為光之入射側之相反側之上述第1區域為相同尺寸。
(3)
如(2)之固體攝像元件，其中上述第1區域中之雜質濃度高於上述第2區域中之雜質濃度。
(4)
如(3)之固體攝像元件，其中上述第2區域大於上述第1區域。
(5)
如(1)之固體攝像元件，其進而包括：第1傳輸電晶體，其傳輸儲存於上述第1光電轉換部之電荷；及 第2傳輸電晶體，其傳輸儲存於上述第2光電轉換部之電荷；且於一對上述第1光電轉換部及上述第2光電轉換部中，上述第1傳輸電晶體附近之區域及上述第2傳輸電晶體附近之區域的雜質濃度高於其他區域之雜質濃度。
(6)
如(5)之固體攝像元件，其中上述第1傳輸電晶體係配置於距上述第1光電轉換部之受光面之中心最近之位置的附近，上述第2傳輸電晶體係配置於距上述第2光電轉換部之受光面之中心最近之位置的附近。
(7)
如(6)之固體攝像元件，其進而包括：第1浮動擴散區域，其保持由上述第1傳輸電晶體自上述第1光電轉換部傳輸之電荷，以使其作為信號被讀出；及第2浮動擴散區域，其保持由上述第2傳輸電晶體自上述第2光電轉換部傳輸之電荷，以使其作為信號被讀出。
(8)
如(1)至(7)中任一項之固體攝像元件，其同時進行上述第1光電轉換部及上述第2光電轉換部中之曝光及傳輸。
(9)
如(1)至(8)中任一項之固體攝像元件，其中一對上述第1光電轉換部及上述第2光電轉換部之分離部連續地變化。
(10)
如(1)至(9)中任一項之固體攝像元件，其中 一對上述第1光電轉換部及上述第2光電轉換部係藉由金屬、氧化膜或雜質而被分離。
(11)
一種固體攝像元件之驅動方法，該固體攝像元件包括像素陣列部，於該像素陣列部行列狀配置有：第1像素，其具有接收入射光而進行光電轉換之光電轉換部，並獲得色成分信號；及第2像素，其具有受光面為與像高對應之尺寸之一對第1光電轉換部及第2光電轉換部，並獲得相位差檢測用信號；且一對上述第1光電轉換部及上述第2光電轉換部分別具有作為電荷儲存之主要部分之第1區域、及進行光電轉換且有助於向上述主要部分傳輸電荷之第2區域，上述驅動方法包含如下步驟：像素驅動部個別地驅動一對上述第1光電轉換部及上述第2光電轉換部，同時進行上述第1光電轉換部及上述第2光電轉換部中之曝光及傳輸。
(12)
一種電子機器，其搭載固體攝像元件，該固體攝像元件包括像素陣列部，於該像素陣列部行列狀配置有：第1像素，其具有接收入射光而進行光電轉換之光電轉換部，並獲得色成分信號；及第2像素，其具有受光面為與像高對應之尺寸之一對第1光電轉換部及第2光電轉換部，並獲得相位差檢測用信號；且一對上述第1光電轉換部及上述第2光電轉換部分別具有作為電荷儲存之主要部分之第1區域、及進行光電轉換且有助於向上述主要 部分傳輸電荷之第2區域，上述電子機器包括控制部，該控制部使用自上述固體攝像元件輸出之上述相位差檢測用信號，控制像面相位差AF(Autofocus)。
120‧‧‧正常像素
121‧‧‧相位差像素
AMP1、AMP2‧‧‧放大電晶體
FD‧‧‧浮動擴散區域
FDG、FDG1、FDG2‧‧‧電容切換電晶體
Gb‧‧‧像素
Gr‧‧‧像素
OFG‧‧‧溢位控制電晶體
PD、PD1、PD2‧‧‧光電二極體
R‧‧‧像素
RST、RST1、RST2‧‧‧復位電晶體
SEL、SEL1、SEL2‧‧‧選擇電晶體
TR、TR1、TR2‧‧‧傳輸電晶體

Claims (12)

  1. 一種固體攝像元件，其包括像素陣列部，於該像素陣列部行列狀地配置有：第1像素，其具有接收入射光而進行光電轉換之光電轉換部，並獲得色成分信號；及第2像素，其具有受光面為與像高對應之尺寸之一對第1光電轉換部及第2光電轉換部，並獲得相位差檢測用信號；且一對上述第1光電轉換部及上述第2光電轉換部分別具有作為電荷儲存之主要部分之第1區域、及進行光電轉換且有助於向上述主要部分傳輸電荷之第2區域。
  2. 如請求項1之固體攝像元件，其中於一對上述第1光電轉換部及上述第2光電轉換部中，作為光之入射側之上述第2區域係與光瞳修正對應之尺寸，作為光之入射側之相反側之上述第1區域為相同尺寸。
  3. 如請求項2之固體攝像元件，其中上述第1區域中之雜質濃度高於上述第2區域中之雜質濃度。
  4. 如請求項3之固體攝像元件，其中上述第2區域大於上述第1區域。
  5. 如請求項1之固體攝像元件，其進而包括：第1傳輸電晶體，其傳輸儲存於上述第1光電轉換部之電荷；及第2傳輸電晶體，其傳輸儲存於上述第2光電轉換部之電荷；且於一對上述第1光電轉換部及上述第2光電轉換部中，上述第1傳輸電晶體附近之區域與上述第2傳輸電晶體附近之區域的雜質 濃度高於其他區域之雜質濃度。
  6. 如請求項5之固體攝像元件，其中上述第1傳輸電晶體係配置於距上述第1光電轉換部之受光面之中心最近之位置的附近，上述第2傳輸電晶體係配置於距上述第2光電轉換部之受光面之中心最近之位置的附近。
  7. 如請求項6之固體攝像元件，其進而包括：第1浮動擴散區域，其保持由上述第1傳輸電晶體自上述第1光電轉換部傳輸之電荷，以使其作為信號被讀出；及第2浮動擴散區域，其保持由上述第2傳輸電晶體自上述第2光電轉換部傳輸之電荷，以使其作為信號被讀出。
  8. 如請求項7之固體攝像元件，其同時進行上述第1光電轉換部及上述第2光電轉換部中之曝光及傳輸。
  9. 如請求項1之固體攝像元件，其中一對上述第1光電轉換部及上述第2光電轉換部之分離部連續地變化。
  10. 如請求項9之固體攝像元件，其中一對上述第1光電轉換部及上述第2光電轉換部係藉由金屬、氧化膜或雜質而被分離。
  11. 一種固體攝像元件之驅動方法，該固體攝像元件包括像素陣列部，於該像素陣列部行列狀地配置有：第1像素，其具有接收入射光而進行光電轉換之光電轉換部，並獲得色成分信號；及第2像素，其具有受光面為與像高對應之尺寸之一對第1光電 轉換部及第2光電轉換部，並獲得相位差檢測用信號；且一對上述第1光電轉換部及上述第2光電轉換部分別具有作為電荷儲存之主要部分之第1區域、及進行光電轉換且有助於向上述主要部分傳輸電荷之第2區域；上述驅動方法包含如下步驟：像素驅動部個別地驅動一對上述第1光電轉換部及上述第2光電轉換部，同時進行上述第1光電轉換部及上述第2光電轉換部中之曝光及傳輸。
  12. 一種電子機器，其搭載固體攝像元件，該固體攝像元件包括像素陣列部，於該像素陣列部行列狀配置有：第1像素，其具有接收入射光而進行光電轉換之光電轉換部，並獲得色成分信號；及第2像素，其具有受光面為與像高對應之尺寸之一對第1光電轉換部及第2光電轉換部，並獲得相位差檢測用信號；且一對上述第1光電轉換部及上述第2光電轉換部分別具有作為電荷儲存之主要部分之第1區域、及進行光電轉換且有助於向上述主要部分傳輸電荷之第2區域；上述電子機器包括控制部，該控制部使用自上述固體攝像元件輸出之上述相位差檢測用信號，控制像面相位差AF(Autofocus)。
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